根据中国地震台网测定,2014年8月3日16时30分,云南省昭通市鲁甸县(北纬27.1°,东经103.3°)发生6.5级地震,震源深度12km。据民政部门统计,截止8月8日15时,本次地震已造成617人死亡(鲁甸县526人,巧家县78人,昭阳区1人,会泽县12人),112人失踪,3143人受伤(中华人民共和国民政部网站,2014◆)。
地震发生后,中国地震局启动地震应急预案I级响应,成立中国地震局现场指挥部和现场工作队。中国地震局共调集92名地震系统内专业人员组成地震现场工作队,开展地震现场灾害调查工作。现场工作队人员来自地球物理研究所、地质研究所、工程力学研究所、中国地震台网中心和云南、四川、贵州、重庆、河北、浙江、广东、广西、甘肃、新疆等省(自治区)地震局(中国地震局网站,2014◆)。
现场工作队行程30000余公里,调查了578个居民点。笔者作为现场队员,亲身经历了地震现场的相关调查,对不同烈度区的典型震害进行了实地调查和数据统计及分析处理。这次地震灾害具有一定的代表性,表现为震级较大、影响范围广、破坏严重、人员伤亡和财产损失较大;同时还具有一定的特殊性,表现为极灾区损失特别严重,破坏达到烈度IX度。非常值得研究人员进行深入的研究和探讨。本文就这次地震的震害现象进行了研究分析,并进一步开展了初步讨论。
鲁甸县位于云南省东北部,牛栏江北岸,总面积1487km2,其中山区面积占87.9%,坝区占12.1%。地势呈东西两侧高,中间低平,地貌错综复杂,有深切中山、中切中山、岩溶高原、混合丘岭、高原湖积盆地、断陷河谷坝(鲁甸在线网站,2014◆)。海拔最高为3356m,最低为568m,宏观震中龙头山镇海拔约为1600m。鲁甸境域属低纬山地季风气候,立体气候特点突出。年平均气温12.1℃,年平均降雨量923.5mm,地震发生时正值夏季多雨季节。
这次地震震中区构造复杂,主体构造为北东向断裂和褶皱,其次为北西向和南北向的断裂、褶皱。断裂构造主要有北东向昭通-鲁甸断裂和北西向的包谷垴-小河断裂(图1)。历史上沿昭通-鲁甸断裂曾发生过多次5级以上中强地震,2013年彝良5.6、5.7级地震就发生在此断裂上。而此次6.5级地震发生在昭通-鲁甸断裂与包谷垴-小河断裂的交汇部位,据震源机制解、余震分布、地震烈度等震线长轴方向及野外地质调查结果分析,本次6.5级地震的发震构造为包谷垴-小河断裂。
这次地震造成云南、贵州、四川3省10县101个乡镇遭受不同程度的破坏。其中,云南省昭通市鲁甸县、巧家县、昭阳区、永善县,曲靖市会泽县,共55个乡镇受灾;贵州省毕节市威宁彝族回族苗族自治县6个乡镇受灾;四川省境内宁南县、会东县、布拖县、金阳县,共40个乡镇受灾。
根据现场调查情况,这次地震破坏情况如图1所示。此次地震极震区烈度达Ⅸ度,宏观震中位于鲁甸县龙头山镇,等震线形状呈椭圆形,长轴走向呈北北西向。Ⅵ度区及以上总面积约10350km2,其中,Ⅸ度区总面积90km2,Ⅷ度区总面积290km2,Ⅶ度区总面积1580km2,Ⅵ度区总面积8390km2。
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图 1 云南鲁甸6.5级地震烈度图(引自中国地震局发布的地震烈度图) Fig. 1Intensity map of Ludian M6.5 earthquake(from China Earthquake Administration) |
云南省灾区面积约8490km2,灾区人口1800507人;四川省灾区面积约1530km2,全部位于VI度区,灾区人口258934人;贵州省灾区面积约330km2,全部位于VI度区,灾区人口76217人。
本次地震的最大破坏烈度达到IX度。
灾区房屋按结构类型可分为简易房屋、砖混结构、框架结构三类。
(1)简易房屋:在现场调查中,将土木结构、砖木结构、石混结构房屋归为简易房屋(中华人民共和国国家标准,2011◆)。
土木结构:当地主要传统民房,夯土墙承重,多为二层,墙抬木梁,人字形瓦屋顶或混凝土现浇楼板、平顶,与云南省其他地区传统穿斗木结构房屋相比抗震性能极差。
砖木结构:砖墙承重,多为二层,墙抬木梁,人字形瓦屋顶或混凝土现浇楼板、平顶。部分墙体采用水泥空心砖、石块砌筑,无抗震措施,多数建造年代较久。该类房屋抗震性能较差。
石混结构:由石块砌筑而成,粘性差,无构造柱,无圈梁,混凝土屋盖,一至二层。
(2)砖混结构:砖砌墙体承重,设置钢筋混凝土圈梁、构造柱和现浇楼(屋)盖的混合结构,抗震性能较好。
(3)框架结构:主要为经过正规设计的由钢筋混凝土梁柱组成的框架体系承重,现浇楼板(屋)盖。抗震性能最好。
对于框架结构、砖混结构划分为5个破坏等级。
(1)基本完好(含完好):砖混及框架结构房屋非承重构件轻微裂缝,不加修理可继续使用。
(2)轻微破坏:砖混及框架结构房屋个别承重构件轻微裂缝,非承重构件明显裂缝;不需修理或稍加修理可继续使用。
(3)中等破坏:砖混及框架结构房屋承重构件轻微破坏,局部有明显裂缝,个别非承重构件破坏严重;需要一般修理后方可使用。
(4)严重破坏:砖混及框架结构房屋承重构件多数破坏严重,难于修复。
(5)毁坏:砖混及框架结构房屋承重构件多数断裂,结构濒于崩溃或已倒毁,无法修复(中华人民共和国国家标准,2011◆)。
对于简易房屋,将毁坏、严重破坏合并为毁坏;将中等破坏、轻微破坏合并为破坏;保留基本完好。因此共划分为三个破坏等级。
(1)基本完好(含完好):土木结构、石混结构房屋个别掉瓦或墙体细裂;砖木结构房屋非承重构件轻微裂缝。
(2)破坏:土木结构和砖木结构房屋的非承重构件,如围护墙体明显裂缝或严重开裂、甚至局部垮塌,普遍梭瓦或明显掉瓦。可修理后使用。
(3)毁坏:土木结构和砖木结构房屋二面墙体倒塌,屋架明显倾斜或倒塌,屋盖坍落或完全倒塌;承重构件多数断裂或破坏严重,结构濒于崩溃。修理困难或无法修复,(中华人民共和国国家标准,2011◆)。
IX度区东起昭通市鲁甸县龙头山镇骡马口村,西至龙头山镇翠屏村,南自昭通市巧家县包谷垴乡红石岩村,北到鲁甸县龙头山镇葫芦桥,长轴14km,短轴7km,面积约90km2。涉及鲁甸县龙头山镇、火德红镇、水磨镇,巧家县包谷垴乡4个乡镇。
主要表现为框架结构房屋个别倒塌或局部倒塌,少数框架节点开裂、甚至断裂造成整体倾斜,部分房屋梁柱出现细微裂缝,多数房屋填充墙出现明显的水平或“X”形贯通裂缝,框架结构毁坏和严重破坏的约占37%;砖混结构房屋多数承重墙体出现较严重的水平或“X”形贯通裂缝,部分倒塌、局部倒塌或倾斜,砖混结构毁坏和严重破坏的约占45%,仅有10%左右基本完好;土木结构和砖木结构多数倒塌或局部倒塌,未倒塌的房屋墙体开裂严重,砖木结构和土木结构的破坏几率达到100%。
宏观震中龙头山镇镇政府所在地龙泉村建筑物结构主要包括框架结构、砖混结构、砖木结构、土木结构;公用建筑主要为框架结构和砖混结构;民房少部分为未经正规设计的砖混结构,大部分为砖木结构、土木结构。土木结构和砖木结构几乎全部倒塌,砖混结构的房屋毁坏严重,框架结构的部分房屋出现倒塌、节点开裂损坏等。典型震害如照片1—6所示。
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照片 1 博爱卫生院3层砖混楼房毁坏,一层全部倒塌,出现底层完全剪断的“坐层”现象(帅向华提供) Photo 1A 3-layer brick-concrete structure building of Boai hospital destroyed, the first layer collapsed completely and disappeared |
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照片 3 龙头山镇中心小学家教学楼4层框架一层柱开裂(帅向华提供) Photo 3A 4-layer frame structureof Longtou hill center primary school, with column cracking on the first layer |
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照片 5 龙头山镇砖木结构房屋毁坏(姜立新提供) Photo 5The brick-wood structure building was destroyed in Longtou hill town |
龙头山镇光明村主要结构为土木结构和砖混结构,典型震害如照片7—10所示。
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照片 8 光明村二层土木房屋毁坏(姜立新提供) Photo 82-layer civil structure houses are destroyed in Guangming village (Taken by Jiang Lixin) |
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照片 9 光明村18社土木房屋毁坏(姜立新提供) Photo 9The civil structure houses are destroyed in Guangming village 18 club (Taken by Jiang Lixin) |
火德红乡李家山村主要结构为土木结构、少量砖混结构,典型震害如照片11—14。
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照片 11 火德红乡李家山小学教学楼3层框架,一层墙面开裂(帅向华提供) Photo 11A 3-layer frame structure of Lijiashan primary school, the cracks on the wall of the first layer |
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照片 12 火德红乡李家山老屋基房屋几乎全部毁坏(帅向华提供) Photo 12Almost all old buildings of Lijia village had been practically destroyed |
东起昭通市鲁甸县火德红镇镇政府驻地,西至鲁甸县龙头山镇银屏大弯子村,南自曲靖市会泽县纸厂乡旱谷地村,北到鲁甸县乐红镇王家营盘,长轴27km,短轴17km,面积约290km2。涉及鲁甸县龙头山镇、乐红镇、火德红镇、水磨镇,巧家县新店乡、包谷垴乡6个乡镇。
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照片 17 山体滑坡造成昭-巧公路破坏,碎石随时滑落(姜立新提供) Photo 17Zhao-qiao road is damaged by landslides, gravel falling-down at any time |
建筑物震害特征主要表现为:
框架结构房屋大多数梁柱构件完好,少数填充墙出现水平或“X”形裂缝或局部脱落。砖混结构房屋个别倒塌、倾斜或局部倒塌,少数承重墙体出现水平或“X”形裂缝,多数门头、窗间墙或窗角开裂明显,个别房屋墙体裂缝较宽,且完全贯通墙体。砖木结构房屋大多数房屋墙体开裂严重,少数房屋倒塌或局部倒塌。土木结构房屋多数倒塌或局部倒塌,绝大多数房屋墙体开裂严重。震区框架结构房屋为极少数,主要分布在镇政府所在地或者是行政村的学校,砖混结构占少量,大部分为土木房屋或砖木房屋。
火德红乡银厂村的房屋90%为土木结构,其余为砖混结构。典型震害如照片19—22所示。
东起曲靖市会泽县迤车镇坪子村,西至昭通市巧家县小河镇黄角村,南自昭通市会泽县迤车镇高笕村,北到昭通市鲁甸县梭山镇镇政府驻地,长轴58km,短轴41km,面积约1580km2。涉及鲁甸县龙头山镇、水磨镇、桃源乡、文屏镇、江底镇、乐红镇、龙树镇、小寨镇、火德红镇、梭山镇,巧家县药山镇、小河镇、新店乡、包谷垴乡、老店镇,昭阳区苏家院乡,会泽县迤车镇、纸厂乡18个乡镇(区)。
建筑物震害特征主要表现为:
框架结构房屋绝大多数基本完好,少数填充墙开裂明显,个别梁柱轻微裂缝。砖混结构房屋少数承重墙体开裂。砖木结构房屋多数墙体角部、结合处等部位开裂、梭掉瓦,个别砌筑质量差的老旧房屋局部倒塌或倒塌。土木结构房屋多数墙体开裂、梭掉瓦,少数屋架坍塌或墙体倒塌。
火德红乡南筐村典型震害如照片23—24所示。
东起贵州省毕节市威宁彝族回族苗族自治县,西至四川省宁南县,南自云南省会泽县,北到四川省金阳县。主要涉及云南省鲁甸县、巧家县、会泽县、永善县、昭阳区,四川省会东县、宁南县、布拖县、金阳县和贵州省威宁县。长轴133km,短轴93km,面积约8390km2。涉及云南省鲁甸县水磨镇、桃源乡、文屏镇、茨院乡、江底乡、龙树乡、小寨乡、梭山乡、新街乡,巧家县药山镇、白鹤滩镇、马树镇、崇溪乡、大寨镇、小河镇、东坪乡、茂租乡、炉房乡、金塘乡、蒙姑乡、红山乡、中寨乡、老店镇,昭阳区苏甲乡、洒渔乡、乐居乡、大寨子乡、炎山乡、田坝乡、大山包乡、苏家院乡、旧圃镇、永丰镇、布嘎镇、凤凰办事处,永善县伍寨乡、码口乡、大兴镇,会泽县金钟镇、迤车镇、者海镇、乐业镇、火红乡、娜姑镇、矿山镇、大桥乡、五星乡、马路乡、老厂乡48个乡镇,贵州省威宁彝族回族苗族自治县中水镇、玉龙乡、牛棚镇、斗古乡、海拉乡和岔河乡6个乡镇,四川省会东县大崇乡、鲁吉乡、溜姑乡、文箐乡、黑嘎乡、新山乡,宁南县白鹤滩镇、大同乡、葫芦口镇、华弹镇、倮格乡、跑马乡、骑骡沟乡,布拖县合井乡、龙潭镇、罗家坪乡、牛角湾乡、拉果乡、乌依乡、浪珠乡、四棵乡、美撒乡、包谷坪乡,金阳县山江乡、对坪镇、春江乡、梗堡乡、放马坪乡、红联乡、青松乡、派来镇、芦稿镇、小银木乡、则祖乡、木府乡、热河水乡、桃坪乡、寨子乡、马依足乡、甲依乡40个乡镇。
建筑物震害特征主要表现为:
框架结构房屋极个别墙体与框架结合部开裂。砖混结构房屋少数墙体细微裂缝。砖木结构房屋少数墙体开裂、梭掉瓦。土木结构房屋个别局部倒塌,部分墙体开裂、梭 掉瓦。
典型震害如照片25—28所示。
生命线系统工程结构分为电力系统、交通系统、通信系统、供排水系统及其他市政设施,生命线工程结构震害主要依据现场灾害调查汇总资料分析。
地震造成云南省鲁甸县、巧家县、会泽县和贵州省威宁彝族回族苗族自治电力设施不同程度受损。主要表现为变电站设施破坏、输电线路受损、电杆损毁等。如鲁甸县电力设施破坏情况为35kV西沙线、沙龙线处于停运状态;火龙线、龙水线、龙乐线和龙梭线遭受严重破坏;5kV龙头山、火德红和水磨变电站受损;36条10kV线路受损,损毁线杆385杆、线路268km、线塔5座等。
震区水电设施较为丰富,地震主要造成红石岩水电站、天花板水电站、黄角树水电站、沙坝河水电站、治乐河水电站、文家河水电站等电站震后机组、变压器等不同程度受损。如:红石岩水电站大坝与厂房之间因山体崩塌形成堰塞湖,受堰塞湖影响,电站厂房进水,变压器受洪水浸泡;机器设备、厂房、工作间、办公楼和生活区均被滚石砸中,所有设备被堰塞湖淹没;沙坝河电站取水坝至一级电站沟渠、前池多处塌方、断裂,厂房多处震裂或被滚石砸中。
典型震害如照片29—34所示。
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照片 29 沙坝河二级电站砖混结构三层楼房严重破坏(帅向华提供) Photo 29A 3-layer brick-concrete structure building for secondary Shaba river power station is damaged |
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照片 30 沙坝河二级电站变电器基座有约15cm位移(帅向华提供) Photo 30The base-displacement of 15cm at the secondary power station of Shaba river |
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照片 31 沙坝河二级电站砖混结构主控室严重破坏(帅向华提供) Photo 31Brick-concrete master control room at the secondary power station of Shaba river is seriously damaged |
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照片 32 沙坝河二级电站高压电杆倒毁(宋立军提供) Photo 32The high voltage electric pole in secondary power station of Shaba river is damaged(Take by Song Lijun) |
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照片 34 沙坝河二级电站砖混结构发电厂房严重破坏(帅向华提供) Photo 34Brick-concrete buildingat the secondary power station of Shaba river is severely damaged |
交通系统的破坏情况主要为公路和昭通民航机场遭受破坏。公路主要破坏类型有滑坡、崩塌、滚石、路基路面损毁、开裂、桥涵受损、隧道受损、挡墙垮塌等。道路破坏主要集中在极灾区(VIII度区和IX度区),其他灾区道路破坏可快速修复通行。如鲁甸县昭巧二级公路,沙坝至龙头山至乐红、鲁甸至铅厂、新店至小河、牛栏江大桥至天花板,龙头山-龙井-西屏-银屏-翠屏,乐红至施初、火德红至红石岩等由于大型滑坡、崩塌、滚石等造成道路损毁严重。昭通民航机场位于VI度区,地震中遭受轻微破坏。主要包括:机场跑道路面开裂、路肩挤压拱起;航站楼墙体开裂,屋顶防水层受损漏雨;航管设施设备受损;飞行区围墙倒塌。
通信系统破坏情况主要表现为震中区基站设备受损,基站退出服务,光缆线路出现倾斜松动,部分光缆线路因塌方损毁,设备用房出现倒塌等不同程度破坏。
地震造成鲁甸县、巧家县、昭阳区、会泽县的市政基础设施遭受不同程度的破坏。主要表现为鲁甸县城乡供水设施泵房、深井、深沉池、化验室及设备、净水车间、水源及水池等受损;供水管网和排水设施在鲁甸县和昭阳区均有损坏;市政道路及附属设施在鲁甸县、巧家县、昭阳区和会泽县均有不同程度损坏;污水处理设施和垃圾处理设施在鲁甸县和巧家县有损坏。
依据现场灾害调查汇总资料分析,水利工程结构主要有重点江河防洪工程、水库、坝塘、引水沟渠、涵洞、水池、水窖等。震区水库分布较多,地震造成水库不同程度受损、堤防受损、乡村供水设施的水源设施和供水管网受损、灌溉排水设施的建筑物和渠道受损、水文监测站管理用房和水保设施受损等。如鲁甸县尹家海子水库上下游库岸左边边坡开裂严重、坝体出现明显裂缝,防浪墙向上游位移等;鲁甸县猫鼻子水库坝顶混凝土多处开裂。
(1)灾区人口密度大,人员死亡较集中。云南省属于西部人口密集省份,鲁甸县人口密度为212人/km2,是全省平均人口密度的两倍。灾区人口呈斑状分布,每个斑状居民点人口更加聚集,如光明村下辖20个社(组),人口近8000人。人员死亡主要集中在Ⅷ和Ⅸ度区,如位于Ⅸ度区的龙头山镇死亡达469人,占死亡总人数的76%。
(2)地震振动强,灾区破坏严重。本次地震震源深度12km,极震区烈度高达Ⅸ度,超过同级别地震的最高烈度,震源破裂在11s内集中释放,龙头山镇地表峰值加速度最高达949gal(冀昆等,2014◆)。地震不仅造成了民居、学校、医院、交通、电力、通信、水利设施等破坏和损坏,还造成工矿企业、农田等破坏,甚至还有滑坡、崩塌和堰塞湖等次生灾害。
(3)抗震能力弱,房屋破坏严重。灾区属国家级贫困区,农村民居抗震能力弱,且多数民房坐落在河谷陡坡上,边坡效应加重房屋震害,重灾区砖木和土木房屋成片损毁、倒塌。土木、砖木结构房屋在灾区均遭受一定程度的破坏,Ⅸ度区的倒毁率几乎100%,Ⅷ度区达80%。砖混、框架结构房屋在Ⅸ度以上区域也遭受了严重破坏,倒毁率分别为45%和37%。
(4)灾区条件恶劣,救灾难度大。震区活动断裂密集发育、地质破碎疏松、地形崎岖不平,又恰值雨季,诱发了极其严重的崩塌、滑坡、滚石等次生地质灾害,掩埋、损毁房屋,导致人员伤亡,造成灾区大面积交通、通信、电力中断,救援人员、物资、车辆和大型救援设备无法及时进入。
2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震震级较大、破坏严重、人员伤亡和财产损失较大。笔者作为现场队员,亲身经历了地震灾害实地调查,就实地调查资料对各烈度区特征和典型震害进行了初步分析,得出这次地震灾害特点的一些粗浅的认识,以供各位研究人员进行共同商榷。
致谢:本文资料部分来自于云南鲁甸6.5级地震现场工作队。感谢中国地震局云南鲁甸6.5级地震现场队全体工作人员的辛勤工作。向抗震救灾人员致敬,向地震中的遇难同胞们致哀!
[1] | 冀昆,温瑞智,崔建文等 |
[2] | 中华人民共和国民政部网站 |
[3] | 中国地震局网站 |
[4] | 鲁甸县人民政府 |
[5] | 中华人民共和国国家标准 |